浅谈高层建筑结构设计应注意的问题

关键词：建筑结构；概念设计；结构体系 

abstract: this paper expounds the concepts of the design of structure design engineers, some important problems, such as the concept design wind resistance, the main content of the earthquake, and detailed to the conceptual design structure and its application in the design of concrete measures, the paper discusses the. for peer reference. 

keywords: building structure; the conceptual design; structure system 

 

随着人们生活水平的提高，建筑功能的多样化的发展，人们对建筑结构的设计都有着越来越高的要求，如何做好建筑设计是结构工程师在结构设计中需要考虑的重要问题。建筑结构设计中的概念设计首先要明确建筑结构设计的定义，它是指在结构工程师将实践中提炼出的各种结构元素通过语言表达出建筑从整体布置到技术和经济分析、以及计算、构造、制图等方面的工作，以达到建筑物经济、安全、耐久等功能的优化。本文对高层建筑结构设计中值得重视的几个问题进行了探讨，仅供参考。 

1.概念设计的主要内容 

建筑结构设计中的概念设计其整体可以分为结构方案、结构设计和施工图设计三个阶段。概念设计则是结构工程师在设计过程中根据个人经验对于整体建筑结构宏观把握的前提下进行整体定型设计的过程，具体说来就是从结构总体方案之始，在特定的地理条件以及建筑空间的条件下，以整体概念来考虑和设计结构的总体方案，在这一过程中借助结构总体、分体间的力学关系，结构破坏机理，试验和实践经验等过程中形成的设计理念和设计原则。它主要包括在结构体系的选择上注重结构的规则性，选取抗风和抗争性较强的结构体系；在结构布局上整体结构在刚度、质量和承载力上都能均匀分布，尽量避免不规则方案的使用；在结构构件上选取刚度和承载力较强，同时延性较好的构建；在结构连接上不只要保证结构的连接节点延性好，稳定性较强，还要保证建筑的附属构件以及机电设备等布置不会对主体结构构成不良影响。 

2.概念设计的重要性和必要性 

由于概念计算是指依据建筑的整体结构对于一些难以规定或者难以做出精确分析的问题，不经过数值计算而进行近似于估算方法的宏观控制。它对于分析判断计算机计算结果、建筑结构体系选择以及一些建筑细部的措施具有重要意义。 

2.1建筑抗震设计规范规定的模糊性 

建筑结构概念设计的一个重要目标就是抗震，目前我国建筑行业普遍遵循《建筑抗震设计规范》来进行建筑结构设计，然而这一新的抗震规范作为一种整体的规则和参考，关于许多具体问题没有明确细致的规定，因此在设计中不能盲目的照搬照抄。只有结构设计师在实际工作中运用概念设计，对于建筑结构的整体和各基本分体系之间的力学关系的认识和了解，运用自身的专业知识和专业技能，完成建筑设计方案。比如在建筑结构的抗震设计和抗风设计中，两者对于动力效应的要求相互冲突矛盾，就需要建筑设计师合理运用概念设计来加以协调。有如，根据新规范的相关规定，建筑设计师在设计过程中还应当注意建筑场地与建筑结构的共振问题，要在建筑物内设地设置地震反应观测系统等，都体现了概念设计的重要性。 

2.2建筑设计过程中对结构工程师的经验要求 

随着信息技术的发展，计算机网络在建筑工程设计中受到广泛应用。然而在建筑方案设计之初，无法凭借计算机进行相关的计算，这就要求结构工程师综合运用概念设计理念来选择最为经济可靠的方案。由于近似估算的概念设计有助于在设计方案阶段迅速有效的进行结构体系的构思与选择，在设计之初对于建筑结构有准确的定性，概念清晰。同时还可以免去后期设计中一些不必要的较为繁琐的运算，提高设计的经济性。另外概念设计还是判断计算机进行内力分析后输出数据是否可靠的重要依据。建筑设计过程中一定不能过分依赖计算机软件，容易影响建筑物结构设计的合理性和安全性。另外在建筑物的使用过程中由于许多不确定因素，如地震作为一种随机性较强的荷载，同时具有循环往复的特点，其破坏机理复杂，此外还有风荷载等，都要求设计过程中概念设计的使用。 

2.3建筑高校教学体系中的缺陷 

在目前的高校教学中主要有两方面的缺陷，一是注重理论教育，相对忽视学生的实践能力培养；而是在具体教学过程中中会单独构建、分体系的力学概念讲解，专业课的教学过程中缺乏综合性的练习，因此在高校毕业生中缺乏综合运用能力较强的技术人才。要求概念设计思想的引入，可以极大的拓展结构工程师的设计思路，有效的提高建筑物的安全性、适用性、经济性。 

3.概念设计在一般结构中的应用 

概念设计应当贯穿于建筑结构设计从方案制定到施工图绘制，甚至后来的工地现场服务等过程中。具体的施工设计措施应当满足以下要求：在场地选择中避开对抗震不利的地段；建筑应尽量采用规则的平面布置；建筑结构体系和材料的选择应当综合考虑结构的延性、匀质和房屋重心；以概念判断计算结果的合理性并进行必要的调整；尽量多的设置抗震防线；施工现场设计工程师根据自身经验技能解答现场的不确定突发问题。 

4.概念设计在高层结构中的应用 

随着今年来建筑行业的发展和人们生活水平的提高，高层建筑物越来越多的出现在人们视野中。在建筑结构设计中，高层建筑应当遵循和执行《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称为高层规程），其中1.0.5条规定：“高层建筑的结构设计中应注重概念设计。”因此，概念设计在建筑结构中的运用至关重要。 

4.1高层建筑结构的设计特点 

高层建筑物由于高度增加，其重力荷载也相应上升，对于基础承载力的要求提高；由于地震作用和风作风的效应加大，建筑物水平位移的控制成为建筑设计中的主要矛盾；由于竖向构件产生缩短变形差对于建筑结构内力的影响增大，要求钢筋混凝土结构采取多种方法减小变形差；建筑物高度增加引起的倾覆力矩增大，对于建筑物稳定性的要求更加提高；由于高层建筑大多使用钢混结构和钢结构，耐火耐热性能较差，因此必须更加重视防火防灾的重要性，此外，建筑物的重要性等级提高，抗风要求加强等都是高层建筑结构设计中独有的特点。 

4.2高层建筑结构设计方法 

在材料选择方面，采用延性加好的高强度的轻质材料以减小地震的作用，如结构构件采用钢混或纯钢结构，外墙围护采用铝合金或玻璃幕墙，楼屋面采用压型钢板加混凝土面层等。采用正方形平面结构，加之在立面开洞泄风、采用下大上小的立面体型结构降低风作用中心并减小高风压在建筑物高处的迎风面积、尽量选取体形系数较小的平面形状，最好是流线光滑的外形来减小建筑物整体及局部的风压体型系数。[4]在结构体系的选择方面，剪力墙结构体系是高层建筑中最常用的结构体系，因为它可以有效的减少非承重隔墙的数量，有效抵抗高层建筑物地震水平力荷载和风荷载，同时也符合一般客户无外露梁柱的审美需求；此外还有框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系，如果是30层以上的超高层建筑则要选择刚度较大的筒形结构来增强建筑物的抗侧力。此外还可以采取将多个权威程序计算比较、小规模风洞试验获取相关参数、智能化设计提高结构可控性等措施。 

5结束语 

通过了高层建筑的对于建筑结构概念设计问题的探讨运用自身的专业知识和专业技能，完成建筑设计方案。从而更加有效地构造出新的措施与计划，完善建筑结构设计。 

【参考文献】 

[1]支旭东，范峰，沈世钊．基于模糊综合判定的网壳结构强震失效模式研究[j]．工程力学．2010（01） 

[2]禤强，史杰，朱春华．建筑结构体系对上部结构经济性的影响分析[j]．广西城镇建设．2010（01）